exogenous transformation of the water reservoirs' coasts at floodplain-terrace complex (the kama river basin as an example)
n.n. nazarov
Summary
On the coasts of water basins floodplain-terrace complex there are many exogenous processes of apparent minor significance which however have obvious impact on the coastal landforms. For almost half of the shore-line they are the single cause of the shore morphology changes. For instance on the surface of the shallows the deep (up to 40 cm) cracks appear, which are permanently widening due to inflation. The peat island had been anchored near the bay at the Visim village (the left bank of the widest part of the Kama water reservoir) and blocked the drift of deposits which caused the widening of the beach and terrace appearance. The tube erosion in the detached and sunk blocks, landslides and earth-falls leaned against the cliff. Diameter of the tubes reaches 1.5 m at the mouth, their length - more then 4 m. The most density of the erosion tubes (10-15 / 100 m) occurs at abrasion-earth-fall and abrasion-landslide types of the bank consisting of deluvial loam. Deflation may remove from the slope 5-7 cm of sand under the conditions of dry and windy weather during 3-5 days.
УДК 551.4.08:551.435.36(261.24)
© 2014 г. з. прушак*, р. островский*, АН. бабаков**, б.в. чубаренко**
основные принципы использования бун в качестве берегозащитных сооружений
* Institute of Hydro-Engineering PAS in Gdansk; zbig@ibwpan.gda.pl ** Атлантическое отделение Ин-та океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Калининград; babakov_temp@mail.ru
Введение
Практика защиты берегов от размыва насчитывает несколько столетий. Первоначально создавались разнообразные продольные берегозащитные сооружения пассивного типа - волноотбойные свайные стенки, дамбы, каменные бермы, хворостяные заборы. Лишь в XVII в. в Англии были изобретены поперечные берегозащитные сооружения активного типа - буны, прообразом которым послужили обычные портовые молы [1].
Со временем конструкции бун становились все более разнообразными и эффективными, учитывающими особенности морфологии берегов и синоптических процессов. Они получили широкое распространение в Голландии, Франции, Дании и Германии, а затем и во всем мире. На абразионных берегах Дании построено примерно 200 бун, Германии - 900 [2], Польши - порядка 600 [3]. В России первые буны появились в 1883 г. в Одессе у Большого Фонтана, затем в 1908 г. на черноморском побережье Кавказа в Гаграх [1]. На песчаных берегах восточной Пруссии первые буны были сооружены в 1874 г. в корневой части Куршской косы, а их массовое строительство пришлось на начало ХХ в. [4].
В настоящий момент для открытых песчаных берегов южной и юго-восточной Балтики буны являются традиционными берегозащитными сооружениями, которые создавались в основном до 40-х гг. ХХ в. в виде групповых конструкций в пределах береговых сегментов, подвергающихся активной абразии [4-15].
Обследования берегов, проведенные авторами в 2008-2012 гг., показали, что в Германии и Польше буны находятся в хорошем состоянии благодаря регулярному ремонту
и строительству новых систем бун, что способствует эффективной защите берега. Иная картина наблюдается на калининградском побережье. Сохранившиеся с послевоенного периода буны, а их насчитывалось более 220 [9, 10], в настоящий момент находятся по большей части в полуразрушенном состоянии. Это связано с тем, что бунам не уделялось должного внимания, поскольку послевоенная концепция берегозащиты на калининградском побережье была ориентирована на создание волноотбойных береговых стенок и променадов. В результате, ценой потери пляжей перед такими сооружениями, была решена задача защиты важных участков берега от дальнейшего размыва и отступания. Данная концепция, применявшаяся немцами до середины второй половины XIX в., привела к аналогичным результатам и была переориентирована ими на создание берегозащитных конструкций поперечной ориентировки - систем бун [4].
В настоящий момент для российских берегов Юго-восточной Балтики характерна смена парадигмы берегозащиты [16]. Во-первых, применение методов активной защиты рекомендуется только в местах развития рекреационной деятельности или на аварийных участках берега. Во-вторых, происходит отказ от идеи "удержания" на месте абразионных уступов путем строительства в их основании жестких сооружений (стенок и опоясок) в пользу применения более мягких способов защиты - отсыпок искусственных песчаных пляжей, которые одновременно являются наиболее естественной защитой для абразионных уступов, а также обладают огромной рекреационной притягательностью и ресурсом.
Хотя буны имеют свои недостатки и ограничения в применении (которые будут обсуждаться ниже), тем не менее, они остаются наиболее распространенным типом берегозащитного сооружения, широко используемым на открытых песчаных и галечных берегах, в том числе совместно с искусственной отсыпкой и в комплексе с прерывистыми волноломами [2, 15, 17-21].
Влияние бун на транспорт наносов и эффективность защиты берега исследуется в течение многих десятилетий и к настоящему времени достаточно хорошо изучено [5, 14, 17-19, 22-25]. В последнее время появился ряд работ, детально описывающих результаты многолетних натурных наблюдений за работой бун с предложениями повышения эффективности защиты берега от абразии [1, 18, 21, 26-31]. Основное внимание в них уделяется оценке поведения системы "буны - морской берег" на локальных участках побережья в различных условиях окружающей среды.
В научной литературе и периодической печати постоянно возникают дискуссии о неэффективности и даже вредности строительства бун [1, 4, 8-12, 32-34] или, наоборот, - об их позитивном воздействии на береговую зону и о необходимости восстановления старых и создания новых систем бун [5-7, 14, 15, 19, 20, 22, 26, 35, 36]. Основной аргумент противников бун - они порождают низовой размыв берега, что, в целом, справедливо. Сторонники же утверждают, что низовой размыв можно исключить отсыпкой рыхлого материала в подветренной зоне бун. Встречаются и неоднозначные оценки, признающие строительство бун только в пределах наиболее ценных участков берега [17, 18, 23], или при условии четко выраженного вдольберегового перемещения наносов, или искусственной отсыпки песка в межбунные карманы [7].
Задача настоящей статьи заключается в обобщении1 основных результатов натурных и модельных исследований, ориентированных на оптимальное использование бун
1 Настоящее обобщение подготовлено в рамках межакадемического сотрудничества Российской (АО ИО РАН) и Польской академий наук (ПАН) в ходе выполнения темы "Развитие научных основ защиты берегов южной Балтики", а также частично в рамках исполнения раздела по трансграничному сотрудничеству темы "Научное обеспечение мероприятий по формированию системы управления морским побережьем Калининградской области, улучшению его состояния и защите от негативного природного и антропогенного воздействия" (шифр темы 1905-17-12, № ГР 01201268483), выполненной АО ИО РАН в рамках реализации федеральной целевой программы "Мировой океан" на 2012-2013 гг. по заказу Министерства экономического развития РФ.
для защиты морских берегов и касающихся понимания механизма взаимодействия бун с вдольбереговым потоком наносов применительно к пологим песчаным берегам Балтийского моря.
Взаимодействие бун с берегом и потоком наносов
Несмотря на большое количество исследований, касающихся влияния бун на берег, до сих пор нет ответа на вопрос: почему при схожих геолого-геоморфологических характеристиках берега и волнового режима на одном участке побережья буны эффективно защищают берег от разрушения, а на другом, напротив, оказывают негативное воздействие, способствуя развитию низового размыва? В связи с этим можно выдвинуть тезис о том, что эффективность воздействия бун на состояние берега в каждом случае зависит не только от локальных природных условий, но и от специфических, на первый взгляд могущих показаться несущественными, конструктивных особенностей бун и их технического состояния, что будет рассмотрено ниже.
Среди природных условий важную роль, помимо локальных морфологических параметров берега, играют наличие и удаленность источников питания вдольберегового потока наносов, направленность преобладающего перемещения рыхлого материала, бюджет наносов в береговой зоне, а также особенности разномасштабных гидро- и морфодинамических процессов [9, 14, 17, 22, 31].
Целесообразность строительства или отказа от использования бун на конкретном участке побережья в целом определяется величиной и направлением результирующего потока волновой энергии и количеством наносов на подводном склоне, а также ожидаемым диапазоном изменения этих параметров. Ключевым условием эффективной работы бун является их применение на участках побережья со значительным объемом осадков, поступающих на подводный склон естественным путем, либо за счет искусственной подпитки [7, 14, 15, 18, 22, 23].
В наиболее общей форме механизм морфодинамического влияния системы бун на берег представлен на рис. 1 и заключается в том, что буны перехватывают часть вдоль-берегового потока наносов, а в межбунных карманах возникают циркуляционные движения вод. В результате происходит переформирование линии берега: в межбунных карманах урез приобретает форму глубоко вогнутых часто асимметричных дуг [31].
Если вдольбереговая составляющая потока наносов мала по сравнению с поперечной, то, независимо от наличия рыхлого материала, буны практически не будут стимулировать его накопление. В этих случаях строительство бун нецелесообразно [28], тогда как продольные конструкции в виде прерывистых волноломов могут дать заметный положительный эффект.
Когда поток волновой энергии велик, а волны подходят к берегу под острым углом, вдольбереговая составляющая потока - значительна, и при достаточном количестве рыхлого материала на подводном береговом склоне буны частично перехватывают перемещаемые вдоль берега наносы, способствуя естественной подпитке береговой зоны и стабилизации берега. Но, если к
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.